无处不在的计量——计量的发展故事

◆本刊综合

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计量，古称“度量衡”，是人类认识物质社会的工具。不论是生活中常见的电子秤，还是水、电、气表，以及出租车的计价器等，都表明了计量与我们的生活息息相关。

从农业社会的经验计量到工业社会的实验计量，再到现代社会的量子传感，计量始终与时代同频、同向发展。

计量的起源

远古时期，人类祖先以“结绳记事”的方式来记录。在唐代画作《伏羲女娲图》中，女娲持规，伏羲持矩，其中“规”指圆规，“矩”指直角尺，规矩决定宇宙之方圆，启迪人类权衡轻重之智慧。两者不仅是最早的计量器具，更是社会秩序的象征。

“布手知尺”“迈步定亩”“掬手成升”，这些都是我国早期的以身体部位为测量准则的计量方法。其中，“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻，斯不远之则也”意为中指节上一横纹为一寸，拇指同中指一叉相距为一尺，两臂伸长叫一寻。“布手知尺”仅限于男子，“咫尺”则表示女子拇指指尖到食指指尖的长度。

“举足为跬，倍跬为步”，即单脚迈出为“跬”，双脚相继迈出为“步”。跬是早期社会最小的测量土地面积的单位，“六尺为步”相当于现在的1.4 米。

“掬手成升”即双手合盛为“掬”，只手单盛为“溢”。这种计量方法使人们在生活中交易商品变得有据可依。

史料记载，黄帝设立了度、量、衡、里、数五个量。夏朝初期，我国开始建立相对统一的测量时间、长度、容量和质量的器具和制度。战国时期，木工尺被广泛流传使用，铜尺也开始被生产制作，古人还根据当时掌握的力学原理，创造了原始的天平。

秦朝统一度量衡，对度量衡计量器具加以定型化和制度化，促进了计量器具的规范化和标准化，奠定了我国古代计量科学技术的基础。作为统一量制的计量标准器——商鞅方升，用“以度审容”的方法便于复现标准容量以推广统一的量值，足以说明当时制定单位制已具有较高的科学性。

1875年5月20日《米制公约》的签署，标志着全球计量领域合作的正式开启，每年的5 月20 日“世界计量日”也由此而来。

成为科学研究的“眼睛”

人类科学研究的革命、工业制造的迭代升级都离不开计量技术的精进。高端科学仪器追求更高的灵敏度和精度，是科学研究、工程探测、医疗诊断等不可或缺的重要工具。随着量子科技的发展，量子精密测量（量子传感）成为帮助人类打开微观世界的“武器”。量子传感器是人类能研制的最“小”的传感器，能测量一些现代仪器无法测量的信号，比如微弱的磁场、神经元放电、血液中的分子标识物等。可以理解为，电子、光子、声子等构筑了类似高灵敏度尺子的量子体系，借助量子精密测量可以实现对诸如压力、温度、磁场乃至时间等各种物理量更精密的测量。

而量子纠缠可以进一步提高测量灵敏度。假设让数把“量子尺子”的量子态处于一种纠缠态上，外界环境对这些量子尺的作用就会相互叠加，最终测量的精度将突破经典力学的散粒噪声极限，并提高倍数，达到量子力学理论范畴内的最高精度——海森堡极限。

原子钟是世界上已知最精确的计时仪器，它借助量子技术实现了计时精度的极限。

未来，随着科技的进步，人类还将继续推动精密计量一路前行。